专利名称：基于实时图像传输系统的管道探测机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种视觉机器人，特别是一种适合在管道中帮助工作人员检查管道内部情况的基于实时图像传输系统的管道探测机器人。
背景技术：
管道探测机器人是目前科研热门领域之一，国内外有很多的管道机器人广泛使用于管道检查修复等场合。管道探测机器人在结构上一般分为轮式或蠕动式结构。轮式机器人，在确定管道管径的情况下，可以通过其强劲的动力系统实现快速的管道观察。蠕虫机器人，在时间较为充裕的情况下，可以对不同管径的管道进行探测。但同时这就存在一组矛盾:在速度较为高速的情况下，对管径的适应性几乎为零；而对管道的适应性较强时，耗费的时间较长运行速度低。在管道机器人的总体设计上运行速度与对管道的适应性这一矛盾是始终存在的。
现在为了解决这一矛盾，通常是采用制造管道探测机器人系列系列的方法，例如日本的Thes型管道探测机器人系列系列；或者是对蠕虫型机器人的动力进行加强的方法，例如大型的ikuta机器人。
但是上述机器人在实际的运行的过程中，仍然存在着对管道的管径适应度较低的情况，例如系列机器人，它仍然只能满足相应固定管径管道的要求，或者速度较低的情况，例如ikuta机器人，虽在加快了其速度但是程度有限，而且对其动力进行加强时的运营的成本较高，造成了资源的无谓损失。类似这样的方法只能对上述的矛盾进行缓和而非消除，不能很好的在高速运行的同时良好的适应管道管径的变化。发明内容
本机器人主要提供了一个方便工作人员进行实时管道检查探测的基于实时图像传输系统的管道探测机器人。
实现本发明目的的技术方案为:一种管道探测机器人，包括机械控制系统和图像传输系统两部分，图像传输系统位于机械控制系统上，所述机械控制系统包括电机系统、蜗轮蜗杆系统和驱动控制电路系统三部分，驱动控制电路系统控制电机系统工作，电机系统为蜗轮蜗杆系统提供动力； 所述电机系统包括电机、电机外壳、从动轮支架、从动轮，其中从动轮的数量为三个，该三个从动轮均勻分布在电机外壳的从动轮支架上，电机外壳内部设置电机； 所述蜗轮蜗杆系统包括蜗轮、蜗杆、主动轮、变径杆、连接杆、金属外壳及销轴，蜗杆位于金属外壳内，蜗轮一共有三组，每组包括两个蜗轮，同一组的两个蜗轮圆心的连线与蜗杆平行，该三组蜗轮均匀的分布在蜗杆的外侧并与蜗杆相啮合；主动轮一共有三组，该三组主动轮均匀分布在金属外壳的外侧，每组均包括两个主动轮，两个主动轮圆心的连线与蜗杆平行，每组主动轮通过连接杆相连接，每个主动轮均通过变径杆连接在金属外壳上，所述变径杆通过销轴连接在金属外壳上，每个主动轮均与蜗轮相啮合，在蜗轮的带动下旋转。
本发明与现有技术相比，其显著优点为:1)本发明采用全主动轮驱动，适应性强。相比于目前的其他管道机器人，该专利的轮式系统中全为主动轮，动力强大，具有很强的适应性；2)本发明的机器人具有紧凑的结构和较好的稳定性。该机器人由两组轮式系统支撑，前后结构分布紧凑，可以实现自定心，具有较强的稳定性；3)本发明的机器人显著增加了管道探测的范围。在基于可变径轮式系统上，可以根据管径的大小自动调节自身尺寸以适应不同管道；4)本发明的机器人具有较高的运行速度，提高了检测效率。利用轮式系统，机器人的行进速度大大增加；5)本机器人对帮助工作人员进行各种管道的定期检查与探测具有极其重大的意义，且小车的受限制因素较少，能适应多种管道，动力强劲，齿轮组全部是啮合结构，结构简单可靠，工作效率高。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1是机器人电机系统结构图。
图2是机器人蜗轮蜗杆系统结构图。
图3是机器人驱动控制电路系统结构图。
图4是机器人显示电路系统结构图。
图5为机器人整体结构示意图。
具体实施方式
结合图5，本发明的一种管道探测机器人，包括机械控制系统和图像传输系统两部分，图像传输系统位于机械控制系统上，所述机械控制系统包括电机系统、蜗轮蜗杆系统和驱动控制电路系统三部分，驱动控制电路系统控制电机系统工作，电机系统为蜗轮蜗杆系统提供动力； 结合图1，所述电机系统包括电机、电机外壳1、从动轮支架2、从动轮3，其中从动轮3的数量为三个，该三个从动轮3均匀分布在电机外壳I的从动轮支架2上，电机外壳I内部设置电机； 结合图2，所述蜗轮蜗杆系统包括蜗轮4、蜗杆5、主动轮6、变径杆7、连接杆8、金属外壳9及销轴10，蜗杆5位于金属外壳9内，蜗轮4 一共有三组，每组包括两个蜗轮，同一组的两个蜗轮圆心的连线与蜗杆5平行，该三组蜗轮4均匀的分布在蜗杆5的外侧并与蜗杆相哨合；主动轮6 —共有三组,该三组主动轮6均勻分布在金属外壳9的外侧,每组均包括两个主动轮，两个主动轮圆心的连线与蜗杆5平行，每组主动轮通过连接杆8相连接，每个主动轮6均通过变径杆7连接在金属外壳9上，所述变径杆7通过销轴连接在金属外壳9上，每个主动轮6均与蜗轮4相啮合，在蜗轮4的带动下旋转。
结合图3，所述驱动控制电路系统包括第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4和电源，该四个开关分成两个回路，第一个回路包括第一开关Kl、第二开关K2、电源，其中第一开关Kl的一端接电源的正极，第一开关Kl的另一端接第二开关K2，第二开关K2的另一端与机器人尾部的电机正极相接，电机的负极与电源负极相接； 第二个回路包括第三开关K3、第四开关K4、电源，其中第三开关K3的一端接电源的负极，第三开关K3的另一端接第四开关K4，第四开关K4的另一端与机器人尾部的电机负极相连，电机正极与电源正极相接。电源为12V电源。
结合图4，所述图像传输系统包括车载摄像头11、摄像头电源12、数据采集卡13和接收屏14，所述车载摄像头11通过数据采集卡13与接收屏14相连接，摄像头电源12为车载摄像头11供电，数据采集卡13将摄像头采集到的信息转换成图像并通过接收屏14显示出来。所述摄像头电源12为220V交流电。
本发明的机器人主要是运用了 一种“电机一蜗轮蜗杆一驱动控制电路一显示电路”的理念与思想。利用电源产生的能量带动马达转动，通过马达使机器人的主轴转动并通过齿轮的咬合带动轮式系统的工作，并通过控制电路的控制，从而达到小车前进、后退的目的。实时的图像信息由摄像头采集后通过数据采集卡传输到接收屏上供工作人员观察。其中，移动结构的具体工作原理如下: 移动机构的前后两组支撑中，三个大主动轮都是沿径向均匀分布的，而前后两部分都是沿轴向对称的，支撑点共六个，因此满足形封闭条件。当移动机构行走时，三个主动轮呈径向均匀分布，三点确定一个平面，三点始终在一个圆柱面上，因此可以实现自定心，在支撑装置的作用下，主动轮被紧紧压在管道内壁上，具有较强的适应性。由于两组各六个均布的主动轮，那么与电机相联的前后每个蜗杆必须同时驱动三个蜗轮，由于通过蜗轮传至主动轮而且这些驱动轮必须能够绕蜗轮中心回转，由于三个蜗轮同时与一个蜗杆啮合并联传动，结构新颖，传动效率也高。最后，电机带动蜗杆、蜗轮运动，车轮通过作用于管道内壁的正压力而产生的摩擦力使得机器人沿管道内壁直线向前或向后移动，成为管道机器人的主驱动系统。
结合图1、图3，其中开关K1、K2控制机器人的前进，K3、K4控制机器人的后退，它们和12V电源构成了机器人的驱动控制电路系统，为机器人提供电力。
而电机1、轮支架2和从动轮3构成了电机系统，其中电机I的转动为机器人的行进提供动力，是蜗轮蜗杆系统工作的必须条件，支架2上安装了 3个起到支撑作用的从动轮3，使得机器人的行走更加稳定。
结合图2，所述蜗轮蜗杆系统的主体由蜗轮4和蜗杆5构成，蜗轮4和蜗杆5紧密咬合，由电机I带动蜗杆5的转动使得蜗轮4也随之转动。机器人的移动机构由主动轮6，三个大主动轮6都是沿径向均匀分布的，而前后两部分都是沿轴向对称的，支撑点共六个，因此满足形封闭条件。当机器人行走时，三个主动轮6呈径向均匀分布，三点确定一个平面，三点始终在一个圆柱面上，因此可以实现自定心，在支撑装置的作用下，主动轮6被紧紧压在管道内壁上，加强了机器人的稳定性。由于两组各六个均布的主动轮6，则与电机I相联的前后每个蜗杆5必须同时驱动三个蜗轮4，由于通过蜗轮4传至主动轮6而且这些主动轮6必须能够绕蜗轮4中心回转，由于三个蜗轮4同时与一个蜗杆5啮合并联传动，结构新颖，传动效率也高。最后，电机I带动蜗杆5、蜗轮4运动，主动轮6通过作用于管道内壁的正压力而产生的摩擦力使得机器人沿管道内壁直线向前或向后移动，成为管道机器人的主驱动系统。而主动轮6、变径杆7、连接杆8及销轴10构成了可变径轮式系统，可变径轮式系统有3组共12个变径杆。在探测不同管径的管道时，随着管径的变化，变径杆7发生转动，从而通过与上方销轴10相连的主动轮6沿蜗轮4绕下方销轴10转过同样的角度，最终实现轮式系统变径的过程。当变径轮式系统的变径范围达到最大变径时，机器人的变径杆7与机器人的前进方向完全垂直。
连接杆8保证了可变径轮式系统工作时的偏移方向、压缩程度均相同，显著降低了机器人机械系统可能出现故障的概率。此外，机器人的金属外壳9起到了保护机器人主体的作用，防止机器人在正常工作时受到伤害，大大提高了机器人的存活率，增加机器人的工作效率。
结合图4，车载摄像头11及电源12构成了数据实时采集系统，负责收集机器人看到的图像。数据采集卡13负责将采集到的数据转换成视频的形式，接收屏14则是一个显示平台，将实时图像输出，以方便工作人员观察管内的及时情况。该部分便是机器人的显示电路系统。
结合图1、图2、图3，该三个部分(电机系统、蜗轮蜗杆系统和驱动控制电路系统)构成了机器人的机械控制系统，保证机器人可以正常的实现前进后退及变径等功能。
结合图4 (显示电路部分)，它是机器人的图像传输系统，它把摄像头收集到的图像信息转化成数字信息并呈现在接收屏上，供工作人员进行观察。
由上可知，本发明的机器人具有紧凑的结构和较好的稳定性。该机器人由两组轮式系统支撑，前后结构分布紧凑，可以实现自定心，具有较强的稳定性。
权利要求
1.一种基于实时图像传输系统的管道探测机器人，其特征在于，包括机械控制系统和图像传输系统两部分，图像传输系统位于机械控制系统上，所述机械控制系统包括电机系统、蜗轮蜗杆系统和驱动控制电路系统三部分，驱动控制电路系统控制电机系统工作，电机系统为蜗轮蜗杆系统提供动力； 所述电机系统包括电机、电机外壳(I)、从动轮支架(2 )、从动轮(3 )，其中从动轮(3 )的数量为三个，该三个从动轮(3)均匀分布在电机外壳(I)的从动轮支架(2)上，电机外壳(I)内部设置电机； 所述蜗轮蜗杆系统包括蜗轮(4)、蜗杆(5)、主动轮(6)、变径杆(7)、连接杆(8)、金属外壳(9)及销轴(10)，蜗杆(5)位于金属外壳(9)内，蜗轮(4)一共有三组，每组包括两个蜗轮，同一组的两个蜗轮圆心的连线与蜗杆(5)平行，该三组蜗轮(4)均匀的分布在蜗杆(5)的外侧并与蜗杆相哨合；主动轮(6) —共有三组,该三组主动轮(6)均勻分布在金属外壳(9)的外侧，每组均包括两个主动轮，两个主动轮圆心的连线与蜗杆(5)平行，每组主动轮通过连接杆(8 )相连接，每个主动轮(6 )均通过变径杆(7 )连接在金属外壳(9 )上，所述变径杆(7 )通过销轴连接在金属外壳(9)上，每个主动轮(6)均与蜗轮(4)相啮合，在蜗轮(4)的带动下旋转。
2.根据权利要求1所述的基于实时图像传输系统的管道探测机器人，其特征在于，所述驱动控制电路系统包括第一开关(K1)、第二开关(K2)、第三开关(K3)、第四开关(K4)和电源，该四个开关分成两个回路，第一个回路包括第一开关(K1)、第二开关(K2)、电源，其中第一开关(Kl)的一端接电源的正极，第一开关(Kl)的另一端接第二开关(K2)，第二开关(K2)的另一端与机器人尾部的电机正极相接，电机的负极与电源负极相接； 第二个回路包括第三开关(K3)、第四开关(K4)、电源，其中第三开关(K3)的一端接电源的负极，第三开关(K3)的另一端接第四开关(K4)，第四开关(K4)的另一端与机器人尾部的电机负极相连，电机正极与电源正极相接。
3.根据权利要求2所述的基于实时图像传输系统的管道探测机器人，其特征在于，电源为12V电源。
4.根据权利要求1所述的基于实时图像传输系统的管道探测机器人，其特征在于，所述图像传输系统包括车载摄像头(11)、摄像头电源(12)、数据采集卡(13)和接收屏(14)，所述车载摄像头(11)通过数据采集卡(13)与接收屏(14)相连接，摄像头电源(12)为车载摄像头(11)供电，数据采集卡(13)将摄像头采集到的信息转换成图像并通过接收屏(14)显示出来。
5.根据权利要求4所述的基于实时图像传输系统的管道探测机器人，其特征在于，所述摄像头电源(12)为220V交流电。
全文摘要
本发明公开了一种能够实现代替工作人员进行对不同管径的管道进行定期检查的视觉机器人。该机器人由机械动力系统和图像传输系统两部分组成。机械动力系统中，电源提供能量后，通过蜗轮与齿轮、齿轮与驱动轮的咬合实现机器人运动，并通过控制电路控制机器人的行进方向并通过数据线传输到接受屏上供工作人员观察。本机器人对帮助工作人员进行各种管道的定期检查与探测具有极其重大的意义，且小车的受限制因素较少，通过轮式变径系统适应管径大小不同的管道。图像传输系统中，通过车载摄像头，能适应多种管道，动力强劲，齿轮组全部是啮合结构，结构简单可靠，工作效率高。
文档编号F16L101/30GK103196005SQ201310118019
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月7日 优先权日2013年4月7日
发明者霍恺睿, 李康, 王翔, 王景贵 申请人:南京理工大学